Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия. Устройство вариаторной коробки
Вариаторная коробка передач
При выборе автомобиля важный момент, на который обращают внимание покупатели – трансмиссия. Автоматическая коробка передач стала самой популярной, но в последнее время растет удельный вес машин с вариаторной трансмиссией.
Что такое вариаторная коробка передач?
Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач (обозначается также аббревиатурой CVT - Continuously Variable Transmission). Он передает крутящий момент плавно. При переключении передаточных чисел это позволяет избежать толчков. В результате скорость набирается размеренно.
Принцип работы вариатора
Отличительной особенностью CVT является именно плавность переключения скоростей. В вариаторе отсутствуют ступени, которые задают повышение или понижение передаточного числа. За счет этого крутящий момент направляется более точно.
Сегодня используется два вида вариаторной трансмиссии – клиноременный и тороидный. Рассмотрим устройство каждого из них.- Клиноременные вариаторы применяются в большинстве случаев. Впервые этот тип установили на автомобиль в 1959 г. С тех пор его подвергли многочисленным модификациям. Сегодня клиноременный CVT работает при помощи ремня, который устанавливают между двумя шкивами. Именно он направляет передаточное число от ведущего шкива к ведомому.
Крутящий момент изменяется за счет увеличения или уменьшения диаметра шкивов. Их специально сделали разборными, чтобы они могли меняться. Детали состоят из двух дисков, посаженных на вал. Они сдвигаются и раздвигаются, тем самым меняя диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем.
Когда автомобиль начинает движение, клиноременный CVT обеспечивает максимальное усилие. Диски ведущего шкива расходятся, а ведомого, напротив, сходятся. За счет этого образуется максимальный диаметр в точке контакта с ремнем. Ведущий шкив делает несколько оборотов, а ведомый – всего один. Это снижает нагрузку на двигатель.
{youtube}https://youtu.be/Ok00hUya_AE{/youtube}
По мере роста скорости диаметр увеличивается, за счет чего происходит бесступенчатое переключение.
Первые вариаторы этого типа были недолговечными. Сегодня ремень производят из гибких полосок стали. Детали прочные и при работе имеют низкий уровень шума.- Тороидный тип CVT встречается редко из-за более сложной конструкции. Он состоит из двух валов, между которыми зажаты ролики. Передаточное число переключается, когда меняется их положение.
Если ролики повернуты к ведомому валу, образуется максимальное тяговое усилие, а если к ведущему – передаточное число уменьшается.
Устройство вариаторной коробки
Тороидные вариаторы практически не продаются, поэтому конструкцию CVT лучше рассматривать на примере клиноременного типа.
Трансмиссия состоит из нескольких частей. Сцепление обеспечивает соединение с двигателем и отключение коробки передач в нужные моменты. Для CVT чаще всего используют гидротрансформаторное сцепление, поскольку у него долгий срок эксплуатации. Реже устанавливают центробежное, многодисковое либо электромагнитное.
Кроме сцепления в конструкции трансмиссии предусмотрены другие механизмы.- Главной деталью коробки передач считается ремень, соединяющий валы. Он состоит из металлических лент, которые объединены механизмами в форме бабочки. Это придает цепи форму, напоминающую клин. Ее боковые поверхности соприкасаются со шкивами, что создает трение. Благодаря этому происходит передача крутящего момента.
Ремень достаточно прочный, но при перегреве подвергается деформации. В ряде случаев производители меняют ремень на цепь, у которой увеличено число звеньев.- Разборные шкивы производят из стали высокой прочности, поскольку на эти детали приходится основная нагрузка. Перемещение дисков происходит при помощи пружин, жидкости или центробежной силы.- Радиатор является обязательным элементом вариаторной трансмиссии. Коробка передач быстро нагревается до экстремальных температур. Внешний радиатор предназначен для того, чтобы охлаждать масло.- Система управления трансмиссией представляет собой электронное устройство. Оно полностью контролирует CVT и посылает команды для изменения диаметра шкивов. Водитель выбирает режим, а электронная система управляет самим вариатором.
В первых коробках отсутствовало реверсное вращение, поэтому в устройство добавили планетарную передачу, позволяющую осуществлять движение назад. Это сделало конструкцию гораздо сложнее.
Плюсы и минусы вариаторной трансмиссии
Вариаторная коробка передач имеет главное преимущество, которое отличает ее от остальных. CVT эффективно использует мощность мотора и равномерно распределяет нагрузку. Это позволяет снизить расход топлива. Другие плюсы вариаторной трансмиссии:- плавный набор скорости без резких толчков;- КПД выше, чем у автомата, на 5%;- легкое управление;- динамичный разгон.
Однако CVT присущи и некоторые недостатки. При использовании вариатора автолюбители отмечают следующие минусы:- дорогостоящий ремонт, который можно провести только в официальных сервисах;- при достижении определенного пробега необходимо менять ремень;- CVT работает только с качественным и дорогим маслом;- сложность использования системы управления;- вариаторная коробка не подходит к мощным двигателям.
Если Вы решите приобрести машину с вариаторной трансмиссией, будьте готовы обеспечить ей должный уход. Чтобы коробка работала долго и без сбоев, необходимо постоянно следить за уровнем масла, проводить проверку разъемов и проводов. Также нельзя перегружать вариатор зимой в начале движения. При соблюдении этих правил CVT отработает свой ресурс в 200 тыс. км.
xn----ttbdbmti3b1f.xn--p1ai
Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия
Когда речь идет о современных коробках передач, чаще всего встречается вариаторный тип. Вариатором называют КПП, в котором нет ступеней, что позволяет значительно повысить мощность двигателя. Срок эксплуатации двигателя в этом случае увеличивается, а расход топлива уменьшается.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Инженеры разработали множество типов вариаторных кпп, но автомобильные компании используют тороидный и клиноременной виды.
В основе двух типов лежит принцип бесступенчатой трансмисии и отсутствие рывков пи передаточном числе от коленвала. Именно при такой организации функционала повышается КПД и разгон двигателя проходит плавно.
Устройство клиноременного вариатора и его компоненты
- Два шкива, один из которых ведущий, другой выполняет роль ведомого.Шкив представляет собой конический диск. Оба они соединены ремнем клиновидного типа. Скорость автомобиля и обороты в определенный момент движения определяются при помощи положения шкивов.
- Клиновидный ремень, который представляет собой металлический гибкий ремень с насаженными на него пластинами трапециевидного типа. Иногда наблюдаются изменения конструкции. Так, компания Audi заменяет ленту металлической цепью.
- Комплекс сервоприводов. Их основная задача – сдвигать и раздвигать шкивы.
- Система, контролирующая разъединение и соединения коленвала и ведущего шкива. Изменения в устройстве возможны. Все зависит от компании-разработчика. Наиболее распространёнными вариантами являются такие, как электромагнитное, автоматическое центробежное, «мокрое» многодисковое и сцепление гидротрансформаторное.
- Автоматика, которая управляет работой вариаторной коробки передач. Она определяет, какой диаметр должны иметь ведущий и ведомый шкивы в данное время и обеспечивает его, передавая необходимый сигнал на сервоприводную систему. В функции автоматики также входит контроль за работой системы соединения и разъединения коленвала и ведущего шкива.
Тороидная КПП вариатор
Ввиду сложности конструкции системы такой тип вариатора встречается крайне редко. Он представляет собой полусферу, состоящая из двух дисков с роликом. Ролик зажимается между ними, а изменение передаточного числа прямо пропорционально зависит от смены положения ролика.Когда ролик двигается налево, левый диск двигается медленнее. Потому правая часть ролика цепляется за край правого диска, заставляя его вращаться быстрее. Дальнейшая передача крутящего момента обеспечивается сложной системой шестерёнок и роликов.
Теперь, когда стал понятен принцип работы вариатора, следует пояснить, какие основные особенности в работе имеет этот механизм.
Вариатор клиноременного типа и механизм его работы
Когда автомобиль начинает двигаться, ремень двигается максимально ввиду того, что конусы ведомого шкива сдвинуты. Позже, когда они раздвигаются на максимум, движение ремня уже проводится по минимальному охвату. В результате крутящий момент доходит до максимальной отметки, и автомобиль начинает движение.Автоматика подает сигналы сервоприводам при увеличении скорости и приводит в движение конусы ведомого шкива. Как результат происходит смена передаточного числа в кпп вариатор клиноременного типа.
Минусы коробки передач типа вариатор
- Сравнительная сложность конструкционной системы и её относительно недолговечный период эксплуатации, что влечет за собой высокую себестоимость деталей (не нужно забывать при этом о трансмиссионном масле, необходимый объём которого составляет 5-6 литров) и обслуживание. При этом наиболее часто в первую очередь замене подлежит ремень, потому что на него приходятся постоянные нагрузки.
- Автомобиль испытывает сложности буксировки, если возникает какая-то поломка. В этом случае поможет только эвакуатор. Проблемы при буксировке автомобиля в случае его поломки и необходимость его перемещения исключительно на эвакуаторе.
- Невозможность резкого перехода при движении на предыдущую передачу и конструктивное ограничение по передаче крутящего момента.
Преимущества коробки вариатор
- Двигатель работает с низким уровнем шума, обеспечиваемая тем, что во время движения вариатор не выводит обороты двигателя на максимальные. Однако, это зачастую пугает водителей, ранее эксплуатировавших автомобили, оснащённые классическими коробками переключения передач.
- Плавный ход. Ни один тип коробок переключения передач, даже такие как роботизированная коробка передач и коробка передач dsg не способны дать такой эффект, так как в кпп вариатор ступени отсутствуют физически. Отметим, что ряд моделей с коробкой cvt имеют заявленную функцию ручного переключения передач, но это всего лишь автоматически зафиксированные положения ведомого и ведущего шкивов.
Также к преимуществам коробки вариатор зачастую причисляют низкий расход топлива и более быстрый разгон автомобиля. Теоретически это совершенно правильно, ведь применение вариатора даёт больший КПД двигателя, но практика показывает, что это всего лишь миф и авто с классическими типами кпп разгоняются с той же скоростью и потребляют немногим больше топлива.
Если подытожить всё вышесказанное, то можно сказать, что на сегодняшний день коробки переключения передач вариаторного типа несомненно являются одной из самых технологичных разработок и гарантируют плавность хода и комфорт во время движения. Однако это компенсируется недолговечностью конструкции и высокой стоимостью её обслуживания. Поэтому, если Вы не готовы выкладывать круглую сумму за ремонт авто, но при этом предпочитаете агрессивный и спортивный стиль вождения, обратите своё внимание на роботизированные кпп либо на автомобили, оснащённые автоматическими коробками передач с функцией типтроник.
avto-partner.net
Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия
Когда речь идет о современных коробках передач, чаще всего встречается вариаторный тип. Вариатором называют КПП, в котором нет ступеней, что позволяет значительно повысить мощность двигателя. Срок эксплуатации двигателя в этом случае увеличивается, а расход топлива уменьшается.
Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия
Принцип работы вариаторной коробки передач
Инженеры разработали множество типов вариаторных кпп, но автомобильные компании используют тороидный и клиноременной виды.В основе двух типов лежит принцип бесступенчатой трансмисии и отсутствие рывков пи передаточном числе от коленвала. Именно при такой организации функционала повышается КПД и разгон двигателя проходит плавно.
Устройство клиноременного вариатора и его компоненты
Устройство клиноременного вариатора
- Два шкива, один из которых ведущий, другой выполняет роль ведомого. Шкив представляет собой конический диск. Оба они соединены ремнем клиновидного типа. Скорость автомобиля и обороты в определенный момент движения определяются при помощи положения шкивов.
- Клиновидный ремень, который представляет собой металлический гибкий ремень с насаженными на него пластинами трапециевидного типа. Иногда наблюдаются изменения конструкции. Так, компания Audi заменяет ленту металлической цепью.
- Комплекс сервоприводов. Их основная задача – сдвигать и раздвигать шкивы.
- Система, контролирующая разъединение и соединения коленвала и ведущего шкива. Изменения в устройстве возможны. Все зависит от компании-разработчика. Наиболее распространёнными вариантами являются такие, как электромагнитное, автоматическое центробежное, «мокрое» многодисковое и сцепление гидротрансформаторное.
- Автоматика, которая управляет работой вариаторной коробки передач. Она определяет, какой диаметр должны иметь ведущий и ведомый шкивы в данное время и обеспечивает его, передавая необходимый сигнал на сервоприводную систему. В функции автоматики также входит контроль за работой системы соединения и разъединения коленвала и ведущего шкива.
Тороидная КПП вариатор
Тороидная КПП вариатор
Ввиду сложности конструкции системы такой тип вариатора встречается крайне редко. Он представляет собой полусферу, состоящая из двух дисков с роликом. Ролик зажимается между ними, а изменение передаточного числа прямо пропорционально зависит от смены положения ролика.Когда ролик двигается налево, левый диск двигается медленнее. Потому правая часть ролика цепляется за край правого диска, заставляя его вращаться быстрее. Дальнейшая передача крутящего момента обеспечивается сложной системой шестерёнок и роликов.
Теперь, когда стал понятен принцип работы вариатора, следует пояснить, какие основные особенности в работе имеет этот механизм.
Вариатор клиноременного типа и механизм его работы
Когда автомобиль начинает двигаться, ремень двигается максимально ввиду того, что конусы ведомого шкива сдвинуты. Позже, когда они раздвигаются на максимум, движение ремня уже проводится по минимальному охвату. В результате крутящий момент доходит до максимальной отметки, и автомобиль начинает движение.
Автоматика подает сигналы сервоприводам при увеличении скорости и приводит в движение конусы ведомого шкива. Как результат происходит смена передаточного числа в кпп вариатор клиноременного типа.
Минусы коробки передач типа вариатор
- Сравнительная сложность конструкционной системы и её относительно недолговечный период эксплуатации, что влечет за собой высокую себестоимость деталей (не нужно забывать при этом о трансмиссионном масле, необходимый объём которого составляет 5-6 литров) и обслуживание. При этом наиболее часто в первую очередь замене подлежит ремень, потому что на него приходятся постоянные нагрузки.
- Автомобиль испытывает сложности буксировки, если возникает какая-то поломка. В этом случае поможет только эвакуатор. Проблемы при буксировке автомобиля в случае его поломки и необходимость его перемещения исключительно на эвакуаторе.
- Невозможность резкого перехода при движении на предыдущую передачу и конструктивное ограничение по передаче крутящего момента.
Преимущества коробки вариатор
- Двигатель работает с низким уровнем шума, обеспечиваемая тем, что во время движения вариатор не выводит обороты двигателя на максимальные. Однако, это зачастую пугает водителей, ранее эксплуатировавших автомобили, оснащённые классическими коробками переключения передач.
- Плавный ход. Ни один тип коробок переключения передач, даже такие как роботизированная коробка передач и коробка передач dsg не способны дать такой эффект, так как в кпп вариатор ступени отсутствуют физически. Отметим, что ряд моделей с коробкой cvt имеют заявленную функцию ручного переключения передач, но это всего лишь автоматически зафиксированные положения ведомого и ведущего шкивов.
Также к преимуществам коробки вариатор зачастую причисляют низкий расход топлива и более быстрый разгон автомобиля. Теоретически это совершенно правильно, ведь применение вариатора даёт больший КПД двигателя, но практика показывает, что это всего лишь миф и авто с классическими типами кпп разгоняются с той же скоростью и потребляют немногим больше топлива.
Если подытожить всё вышесказанное, то можно сказать, что на сегодняшний день коробки переключения передач вариаторного типа несомненно являются одной из самых технологичных разработок и гарантируют плавность хода и комфорт во время движения. Однако это компенсируется недолговечностью конструкции и высокой стоимостью её обслуживания. Поэтому, если Вы не готовы выкладывать круглую сумму за ремонт авто, но при этом предпочитаете агрессивный и спортивный стиль вождения, обратите своё внимание на роботизированные кпп либо на автомобили, оснащённые автоматическими коробками передач с функцией типтроник.
portalvaz.ru
устройство, виды, принцип работы вариаторной коробки передач
Как правило, вариаторные КПП устанавливаются на легковых авто, квадроциклах, мотороллерах и снегоходах. Если мы говорим об автомобилях, то в большинстве случаев они могут оснащаться клиноременным или тороидным (были попытки, но на сегодняшний день все они, похоже, прекращены) вариатором.
Наиболее популярным стал клиноременный вариатор, который впервые был установлен в автомобилях марки DAF в начале 60-х годов 20 столетия.
Да, вариаторы были изобретены очень давно, еще в 19 веке, но их не использовали из-за того, что наиболее простую конструкцию имеет клиноременный вариатор, но у него проблема всегда были, и остается до сих пор, но об этом чуть позже.
Устройство вариатора
Конструкция вариаторной коробки передач достаточно проста и состоит из следующих деталей и механизмов:- раздвижные шкивы - щеки, клиновидной формы, которые расположены на валу;
- механизм для обеспечения вращения колес и установки рычага акселератора в нейтральном положении;
- механизм для переключения заднего хода;
- система управления
Схема: Audi AGКлиноременный вариатор
Для начала рассмотрим устройство клиноременного вариатора, как одной из самых перспективных КПП в будущем. Такой тип вариатора представляет собой соединенные ремнем шкивы и, собственно, все.Простота конструкции, ее дешевизна и весьма неплохая надежность - все это плюсы клиноременного вариатора, добавьте сюда максимальную эффективность работы двигателя, да еще и обеспечивает экономию топлива по сравнению с механической КПП и АКПП при одинаковой динамике езды.
Полагаю, теперь понятно, почему вариаторам прочат отличное будущее. Но не все так безоблачно. Есть в вариаторе проблемы, которые решаются до сих пор...
Надежность ремня
Ремень испытывает большие нагрузки, поэтому он должен быть очень прочным. До недавнего времени ремень для вариаторов изготавливался так же, как и все остальные ремни, используемые в двигателе для привода различных систем, он был матерчато-резиновым.
Естественно, что он не мог долго воспринимать серьезные нагрузки. Ремень растягивался, рвался довольно быстро, поэтому вариаторы ставили только на маломощные двигатели.
Но потом придумали стальной клиновидный ремень и ремень в виде цепи, что позволило использовать вариаторы на довольно мощных автомобилях, например, Nissan выпускает с вариаторами автомобили с мощностью двигателя 262 л.с., что для большинства автолюбителей, учитывая наши налоги на автомобиль, запредельная мечта.
Устройство стального ремня для вариатора
Вариаторная цепь
Высокий температурный режим работы
Зацепление ремня и шкивов в вариативной коробке происходит за счет сил трения, а это, как все мы знаем, приводит к повышению температуры.
До сравнительно недавнего времени не было технологий, чтобы сделать шкивы и стальной ремень достаточно прочными, чтобы они не разрушались в местах контакта.
В добавок к этому было изобретено специальное масло, которое не снижает трение, а наоборот, увеличивает его. Это необходимо для того, чтобы ремень не проскальзывал, а цеплялся за шкивы.
Помимо этого высокая температура оказывает негативное воздействие на электронный блок управления и частенько, к сожалению, выводит его из строя.
Очень много грязи
Ввиду того, что в вариаторе постоянно трутся с большим усилием ремень и шкивы, то очень быстро накапливаются частички металла, которые сильно загрязняют масло.
Грязное масло, как вы понимаете, начинает разрушать, по сути, всю коробку. Эта проблема решается установкой фильтров, очищающих масло.
Пока вариаторы все же уступают в надежности механике и автоматам, но, тем не менее, компании не прекращают попыток усовершенствовать их, поскольку уж очень заманчивы их плюсы.
Вариаторы, которые сейчас устанавливаются на Nissan при умеренной езде и своевременном техническом обслуживании способны проходить 200.000 км, что не так уж и мало, если разобраться.
Итак, вернемся к работе вариатора клиноременного типа…
Шкивы образуется дисками конической формы, способными совершать движения на сближение/расхождение, с целью изменения диаметра шкива. Диски приводятся в движение вдоль вала гидроцилиндром.
Для соединения шкивов применяется клиновидный ремень, состоящий из тонких полос, изготовленных из металла и связанных между собой специальными пластинками. Вращающий момент достигается благодаря трению, которое возникает между поверхностями шкива и ремня.
На колеса в современных вариаторах вращение передается с помощью гидротрансформатора и дифференциала.
Включение задней передачи на вариаторе выполняется при помощи планетарки заднего хода. Блок управления предназначен для реализации основных функций вариаторной КПП - управления сцеплением, осуществления контроля над работой редуктора, изменения положения шкивов с учетом рабочих режимов двигателя.
Как уже ранее упоминалось, различают два вида приводных вариаторов - клиноременный и клиноцепной.
Клиноцепной вариатор оснащается цепью, состоящей из металлических звеньев (или пластин), соединенных осями клиновидной формы. Подобная конструкция цепи является более гибкой и эффективной для преобразования и передачи вращательного момента на колеса.
Если в клиноременном вариаторе, вращение колес обеспечивается за счет толкательного усилия, то в клиноцепном вариаторе - благодаря тянущему усилию.
Клиноцепные вариаторы использует на своих автомобилях Audi и Subaru.
Тороидный вариатор
Такой тип вариатора состоит из двух валов (дисков, похожих на бублик) клиновидного типа, один из них является главным, другой - ведомым. Между валами расположены ролики, совершающие передвижения в вертикальном направлении, а также вращения в горизонтальном направлении вокруг собственной оси.Передаточное число в вариаторе данного вида изменяется за счет выбранного положения роликов, а также их радиусов. Иными словами, когда ролик соединяется с маленьким радиусом главного вала и большим радиусом второстепенного вала - происходит переключение на низкую передачу.
Выбор высокой передачи осуществляется в обратном порядке. Переход на прямую передачу происходит в том случае, когда ролик соприкасается с валами в одном радиусе.
Сложная конструкция и отсутствие технологий и материалов, способных выдержать нагрузки в таком устройстве пока заставили производителей отказаться от этого вида вариаторов, но такие автомобили существовали в реальности и выпускались массово, например Nissan Cedric.
Принцип работы вариатора
Принцип работы вариатора понять очень просто, если вы хотя бы раз катались на горном или спортивном велосипеде, имеющем по несколько звездочек у педалей и на заднем (приводном) колесе.Вы наверняка знаете, что если у педалей перекинуть цепь на самую маленькую звездочку, а на колесе выбрать самую большую, то педали крутятся очень легко, можно взобраться в почти любую гору, но при этом невозможно сильно разогнаться.
Для разгона необходимо сделать все наоборот: у педалей цепь перекинуть на самую большую звездочку, а на колесе - на самую маленькую.
Это будут два крайних режима работы передачи, а все остальные комбинации промежуточные.
Теперь представьте, что звездочки слились в конус, а цепь превратилась в ремень, перекинутый через эти конусы. Вот и получился вариатор, а принцип работы остался неизменным.
Изменение диаметров конусов (шкивов) на ведущем и ведомом валах позволяют изменять скорость автомобиля.
В процессе езды вариатор только поддерживает наиболее подходящие обороты автомобильного двигателя для обеспечения выбранной скорости движения и динамических показателей автомобиля, что и позволяет экономить топливо.
Для наглядности пара видео с Youtube:
Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?
Для начала запишитесь на тест-драйв и прокатитесь на каком-нибудь автомобиле с вариатором. Если вам понравится то, как этот автомобиль набирает скорость, как он управляется, то задуматься о машине с вариатором стоит.Зная, что у вариаторов до сих пор есть проблемы с долговечностью, то приходит в голову мысль о том, что если машина новая или прошла совсем немного, то брать ее стоит. Если же пробег у автомобиля более 50000 км, то уже стоит задуматься.
Стоит так же учесть и условия эксплуатации автомобиля. Если вы ездите по хорошим дорогам, не перегружаете автомобиль, не используете его в качестве такси, то взять вариатор и насладиться его преимуществами можно.
Если же вашему автомобилю суждено испытывать различного рода перегрузки, то лучше присмотреться к автоматической или механической коробке передач.
smotr.net
